无线、无电池、由生物可吸收成分制成的完全植入式起搏器可能代表临时起搏技术的未来。
柔性、可溶解的电子设备将很快为临时起搏器佩戴者铺平道路,以避免与手术相关的风险,从最初的植入到设备工作完成后的移除。西北大学和乔治华盛顿大学已经开发出了他们所谓的第一个瞬态起搏器,它不仅是无线的、无电池的、完全可植入的,而且在不再需要时也会消失。它的生物相容性成分可以在五到七周内自然吸收到体内,无需手术移除。
在一个这项研究发表在6月28日的《自然生物技术》杂志上在美国,研究人员通过一系列大大小小的动物模型证明了该设备的功效。他们列举了替代临时起搏器技术的几个关键需求,该技术可以提供所需的电疗,同时解决相关的生理并发症。
西北工程约翰·罗杰斯领导了该设备的开发。
罗杰斯在一份报告中说:“放置在心脏内或附近的硬件会产生感染和其他并发症的风险新闻稿.“我们的无线瞬时起搏器克服了传统临时起搏器的主要缺点,消除了手术拔管过程中对经皮导线的需求,从而提供了降低成本和改善患者护理结果的潜力。这种不同寻常的设备可能代表着临时起搏技术的未来。”
医疗服务提供者目前使用临时起搏器作为永久性起搏治疗的桥梁,或者在心脏手术后临时使用。为了在心内直视手术后临时起搏,外科医生将临时起搏器电极缝在心肌上。这些电极的引线从患者的胸部前部伸出,并连接到一个外部发电机,该发电机提供电流来控制心律。
这种硬件有相当大的并发症风险,包括可能在起搏导线上形成生物膜的细菌感染。由于该设备没有完全植入,在护理或动员患者时,外部电源和控制系统可能会无意中脱落。如果起搏导线在电极-心肌界面处被纤维组织包裹,则可能发生额外的并发症,包括心肌撕裂和穿孔。
这种短暂起搏器避免了感染、脱位、组织撕裂或损伤、出血和血凝块的风险。它又轻又薄,重量不到半克,厚度为250微米。这种柔软而灵活的设备封装在心脏表面的电极上,以传递电脉冲而不是使用电线。研究人员表示,这种方法可以作为下一代术后临时起搏技术的基础。
罗杰斯拥有电子材料科学的背景,他说这个想法来自于需求和能力的双向融合——可以溶解在水中以减少固体废物的电子产品,以及提供一些传感和治疗功能的临时植入物,这些功能在使用后自然消失。
罗杰斯说:“我们已经探索了很多年,试图建立一个材料工具箱……从指数学术的角度出发,着眼于医学领域的机会。医疗设计及外包.
在过去的几年里,临床医生找到罗杰斯和他的团队,寻求帮助。这就是瞬态起搏器被发现的原因。
罗杰斯说:“这不是我们编造的想法,而是我们对临床需求的回应,并利用我们随着时间的推移开发的独特技术能力。”“是市中心的介入心脏病专家来找我们的。”
用于制造瞬态起搏器的技术可以追溯到大约两年半以前,罗杰斯说他们已经研究了一段时间。这始于与美国国防高级研究计划局(DARPA)的一些人的对话,因为军方需要敏感的专有电子产品,如果它们落入坏人之手就会解体。
罗杰斯说:“这引起了我们的思考,我认为我们的转折点是找到一种我们可以使用的半导体材料。”
就在那时,他说他们偶然发现了一种被低估的材料化学应用——硅胶。根据罗杰斯的说法,硅胶本身是水溶性的,溶解速度很慢,如果放在水里超过两到三周,它就会消失。
“对我们来说,那是一个‘啊哈’的时刻,”他说。
罗杰斯和他的团队能够使用极薄的硅树脂——数量极少——但仍足以制造晶体管、二极管和功能性电子元件。随之而来的是来自不同用例的临床医生的大量兴趣。
研究人员发现,这些设备有助于在小鼠、大鼠、兔子、狗和人类心脏模型中为各种大小的心脏提供有效的起搏,“具有定制的几何形状和由无线能量传输驱动的操作时间表”。
乔治华盛顿大学的伊戈尔·埃菲莫夫与罗杰斯和西北医学院的心脏病专家瑞希·阿罗拉博士共同领导了这项研究。
Efimov在一份新闻稿中说:“瞬态电子平台为医学和生物医学研究打开了一个全新的篇章。”“作为这项技术基础的生物可吸收材料,使得创建一整套诊断和治疗瞬态设备成为可能,用于监测疾病和治疗的进展,提供电、药理、细胞疗法、基因重编程等。”
罗杰斯的实验室已经研究瞬态电子器件十多年了,瞬态起搏器并不是该实验室的第一个生物可吸收医疗设备。三年前,他们宣布开发了一种可植入的,可生物降解的无线设备,加速神经再生并促进受损神经的愈合。
利兹·休斯是一位屡获殊荣的数字媒体编辑,在报纸、杂志和在线媒体行业拥有20多年的经验。Liz为各种网络出版物制作内容并提供编辑支持,包括Fast Company, NBC Boston, Street Fight, AOL/Patch Media, IoT World Today和Design News。